[ KIẾN THỨC] Cảm biến quang là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Chào cả nhà, trong bài viết này Dung chia sẻ một số kiến thức về loại thiết bị cảm biến có khả năng phát hiện đồ vật hay vật thể. Các bạn biết đó là gì không? Chính là cảm biến quang thiết bị được sử dụng khá phổ biến hiện nay trên thị trường.

Việc ngày càng có nhiều công nghệ tiên tiến thay thế con người thì các cảm biến cũng được sử dụng đến nhiều hơn trong sản xuất và chế tạo. Hôm nay mình và các bạn sẽ tìm hiểu cảm biến biến quang là gì hay còn gọi là khái niệm cảm biến quang? Cấu tạo của cảm biến quang? Cách thức phân loại như thế nào ? Nguyên lý hoạt động cảm biến quang và các thông tin chi tiết có liên quan khác. Từ đó các bạn sẽ có thêm cái nhìn tổng quan hơn về thiết bị này nhằm phục vụ cho công việc nhé.

Cảm biến quang là gì?

Cảm biến quang (tên tiếng anh là Photoelectric Sensor) là tổ hợp của các linh kiện quang điện. Có thể phát hiện vật thể từ xa, đo lường khoảng cách hoặc tốc độ di chuyển của đối tượng.

Thiết bị này khi tiếp xúc với ánh sáng chúng sẽ thay đổi trạng thái. Cảm biến quang sử dụng ánh sáng phát ra từ bộ phận phát để phát hiện sự hiện diện của vật thể. Khi có sự thay đổi ở bộ phận thu thì mạch điều khiển của cảm biến quang sẽ cho ra tín hiệu OUT.

Bạn đang đọc: [ KIẾN THỨC] Cảm biến quang là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Các bạn hoàn toàn có thể tưởng tượng thế này. Cảm biến quang điện là thiết bị phát ra chùm tia ánh sáng dạng tần số chiếu vào vật thể cần phát hiện hoặc gương. Khi vật thể đi qua sẽ ảnh hưởng tác động đến tần số của bộ thu sáng. Sự đổi khác này được biến hóa thành tín hiệu điện nhờ hiện tượng kỳ lạ phát xạ điện tử ở cực catot ( Cathode ) khi có một lượng ánh sáng chiếu vào .Cảm biến quang là thiết bị đóng vai trò quan trọng trong nghành nghề dịch vụ công nghiệp tự động hóa. Nếu không có cảm biến quang thì khó mà có được tự động hóa, giống như thao tác mà không nhìn thấy .

Cấu tạo của cảm biến quang?

Thông thường thì với một cảm biến thu phát sẽ có 3 bộ phận chính gồm có :

  • Bộ phận phát ánh sáng.
  • Bộ phận thu ánh sáng
  • Mạch xử lý tín hiệu điện

Các bạn hãy nhìn hình ảnh miêu tả bên dướiGiờ tất cả chúng ta khám phá công dụng của từng phần cảm biến quang nhé .

Bộ phận phát ánh sáng:

Hầu hết thì những loại cảm biến quang thường sử dụng đèn bán dẫn LED và ánh sáng được phát ra thường sẽ theo dạng xung ( tần số ). Tần số ánh sáng này ( nhịp điệu xung ) được hãng phong cách thiết kế đặc biệt quan trọng để bụ thu ánh sáng ( cảm biến ) phân biệt được ánh sáng của cảm biến và ánh sáng từ những nguồn khá .

Ví dụ: ánh sáng tự nhiên (như ánh nắng mặt trời hoặc ánh sáng trong phòng).

Các loại LED thông dụng nhất là LED đỏ, LED hồng ngoại hoặc LED lazer. Một số dòng cảm biến đặc biệt quan trọng dùng LED trắng hoặc xanh lá. Ngoài ra thì trong 1 số ít trường hợp tất cả chúng ta cũng hoàn toàn có thể thấy loại LED vàng .

Bộ phận thu ánh sáng:

Có trách nhiệm tiếp đón ánh sáng từ bộ phát sáng nó gọi là một phototransistor hay còn gọi là tranzito quang. Bộ phận này cảm nhận ánh sáng và quy đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ .Hiện nay nhiều loại cảm biến quang sử dụng mạch ứng dụng tích hợp chuyên được dùng ASIC ( Application Specific Integrated Circuit ). Mạch này tích hợp toàn bộ bộ phận quang, khuếch đại, mạch giải quyết và xử lý và tính năng vào một vi mạch ( IC ). Bộ phận thu hoàn toàn có thể nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phát ( như trường hợp của loại thu-phát ), hoặc ánh sáng phản xạ lại từ vật bị phát hiện ( trường hợp phản xạ khuếch tán ) .

Mạch xử lý tín hiệu điện

Khi đảm nhiệm tín hiệu từ bộ thu ánh sáng. Mạch đầu ra chuyển tín hiệu tỉ lệ ( analogue ) từ tranzito quang thành tín hiệu ON / OFF được khuếch đại. Tín hiệu ngõ ra thường dùng nhất là NPN, PNP, … Khi lượng ánh sáng thu được vượt quá mức ngưỡng được xác lập, tín hiệu ra của cảm biến được kích hoạt. Một số cảm biến quang còn có cả tín hiệu tỉ lệ ra ship hàng cho những ứng dụng đo đếm .

Có bao nhiêu loại cảm biến quang?

Trên thị trường lúc bấy giờ có nhiều loại cảm biến quang khác nhau. Tuy nhiên nguyên tắc thao tác chung vẫn giống nhau. Nhưng chi tiết cụ thể từng loại lại khác nhau đôi chút. Hiện nay trên thị trường mình thấy có 4 loại cảm biến quang điện là thuận tiện phát hiện nhất. Chúng ta cùng mày mò từng loại nhé .

1.Cảm biến quang khuếch tán ( Diffuse reflection sensor):

Đặc điểm của cảm biến quang khuếch tán

Thiết bị cảm biến quang phản xạ khuếch tán là loại cảm biến có bộ thu và phát chung. Thường được dùng để phát hiện những vật thể trên mạng lưới hệ thống máy móc tự động hóa. Giám sát những thiết bị đã được lắp đúng vị trí hay chưa .Đặc điểm điển hình nổi bật là bị tác động ảnh hưởng bởi mặt phẳng, sắc tố, khoảng cách tối đa 2 m. Các bạn hoàn toàn có thể thuận tiện phát hiện chúng trong những dây chuyền sản xuất sản xuất, đóng gói mẫu sản phẩm cũng như đếm những mẫu sản phẩm để cho vào một thùng hay bộ lô .

Nguyên lý hoạt động cảm biến quang khuếch tán:

Cảm biến dạng này sẽ hoạt động theo 2 trạng thái duy nhất đó là:

  • Trạng thái báo phát hiện vật cản: cảm biến phát ánh liên tục từ bộ phát đến bề mặt vật cản. Ánh sáng phản xạ đi ngược về vị trí thu sáng
  • Trạng thái không vật cản: Khi không có vật cản đi vào, ánh sáng không phản xạ về vị trí thu được hoặc bề mặt vật không phản xạ ánh sáng về vị trí thu.

Ứng dụng cảm biến quang phản xạ khuếch tán

2.Cảm biến quang thu phát chung ( Through – beam sensor)

Đặc điểm của cảm biến:

Loại cảm biến quang thu phát độc lập là cảm biến ánh sáng không phản xạ. Để hoạt động giải trí được cần một con phát ánh sáng và một con thu ánh sáng lắp đối lập với nhau. Đặc điểm của dòng cảm biến này là không bị tác động ảnh hưởng bởi mặt phẳng, sắc tố, khoảng cách phát hiện đến 60 m .

Nguyên lý hoạt động cảm biến quang thu phát chung

Loại cảm biến này cũng hoạt động giải trí theo 2 trạng thái duy nhất đó là :

  • Trạng thái không có vật cản: cảm biến phát ánh sáng và cảm biến thu ánh sáng. Quá trình phát và thu ánh sáng liên tục với nhau
  • Trạng thái có vật cản: cảm biến phát vẫn phát ánh sáng nhưng cảm biến thu ánh sáng không thu được ánh sáng (bị vật cản che chắn)

3.Cảm biến quang phản xạ gương (Retro – reflection sensor)

Đặc điểm của cảm biến phản xạ gương:

Bộ cảm biến quang điện phản xạ gương là cảm biến có bộ phát ánh sáng và thu ánh sáng trên cùng một thiết bị. Gương phản xạ là một lăng kính đặc biệt được trang bị kèm với cảm biến quang. Đặc điểm của dòng cảm biến này là lắp đặt thuận tiện, tiết kiệm dây dẫn, phát hiện được vật trong suốt, mờ,… khoảng cách tối đa 15m

Nguyên lý hoạt động cảm biến phản xạ gương:

Khi cảm biến hoạt động giải trí bộ phát ánh sáng sẽ phát ánh sáng đến gương, sẽ có 2 trường hợp :

  • Khi không có vật cản: thì gương sẽ phản xạ lại bộ thu ánh sáng.
  • Khi có vật cản đi qua: thì sẽ làm thay đổi tần số của ánh sáng phản xạ hoặc bị mất ánh sáng thu. Dẫn đến cảm biến xuất tín hiệu điện PNP, NPN,…
  1. Cảm biến quang phát hiện màu (cảm biến màu sắc)

Cảm biến biến nhận dạng sắc tố. Để nhận dạng được sắc tố bắt buộc tất cả chúng ta phải ” dạy ” cảm biến phân biệt sắc tố cần phân biệt. Thuật ngữ dạy cảm biến nghe có vẽ khó hiểu. Nhưng thực ra cũng khá đơn thuần, vì nhà phân phối đã lập trình sẵn. Khi sử dụng chỉ việc thiết lập cho cảm biến nhận dạng màu trước hoạt động giải trí thế thôi .Nguyên lý hoạt động giải trí : Cảm biến quang phát hiện màu cũng là loại cảm biến thu phát chung. Nó hoạt động giải trí tựa như như cảm biến quang phản xạ khuếch tán. Nhưng cảm biến chỉ nhận đúng màu đã học mới phát tín hiệu điện NPN, PNP, …

Ứng dụng của cảm biến quang ở đâu ?

Khi nói về ứng dụng của cảm biến quang thì sẽ có rất nhiều nơi và nguyên do để tất cả chúng ta sử dụng tới loại thiết bị này. Tuy nhiên như thế thì sẽ rất mất thời hạn, chính vì vậy mà theo mình nghĩ mình sẽ liệt kê những ứng dụng tiêu biểu vượt trội một cách ngắn gọn thôi nhé. Chúng ta hoàn toàn có thể sử dụng cảm biến quang trong một số ít ứng dụng như sau :

  • Phát hiện người và vật đi qua cửa
  • Phát hiện xe trong bãi giữ xe
  • Phát hiện các nhãn bị thiếu trên chai
  • Kiểm tra sản phẩm đi qua trong quá trình rửa, sơ chế, đóng gói, thành phẩm,…
  • Kiểm tra đường đi của xe ô tô, thực phẩm đóng hộp, nước đóng chai,… trên băng tải
  • Xác định được mức độ cao đầy của mực cà phê, nước ngọt,nước khoáng chất lỏng,.. trong lon, hộp,…
  • Đếm chai di chuyển trên băng tải tốc độ cao
  • Đếm số lượng hoa quả để cho vào một thùng chứa
  • Đảm bảo kiểm soát an toàn khi mở và đóng cửa nhà xe
  • Bật vòi nước rửa bằng sóng của bàn tay.
  • Và còn rất nhiều ứng dụng khác nữa,…

Các thông số của cảm biến quang là gì?

Thông thường thì với một cảm biến quang tất cả chúng ta sẽ có những thông số kỹ thuật cấu trúc cần quan tâm như sau :

  • Loại cảm biến: thu – phát, phản xạ gương, phản xạ khuếch tán
  • Nguồn cấp: cảm biến sử dụng nguồn 12-24VDC, 24-240VAC ±10% 50/60Hz, 24-240VDC ±10%(Ripple P-P:Max. 10%)
  • Ngõ ra: ngõ ra tiếp điểm relay 30VDC 3A, 250VAC 3A tải thuần trở, cấu tạo tiếp điểm: 1c
  • Khoảng cách phát hiện: 15m (Loại thu – phát); 0.1~3m, 0.1~5m (phản xạ gương); 700mm (phản xạ khuếch tán)
  • Độ trễ: lớn nhất 20% khoảng cách cài đặt định mức (phản xạ khuếch tán)
  • Vật phát hiện chuẩn: vật mờ đục Ø15 mm (thu-phát), vật mờ đục Ø60 mm (phản xạ gương), vật mờ đục – trong mờ (phản xạ khuếch tán)
  • Nguồn sáng: sử dụng LED hồng ngoại (940nm), LED hồng ngoại ( 850nm), LED đỏ (660 nm)
  • Chế độ hoạt động: có thể lựa chọn Light ON hay Dark ON bởi công tắc
  • Chỉ thị hoạt động: đèn led xanh lá (chỉ thị nguồn, sự ổn định), led vàng (chỉ thị hoạt động)
  • Thời gian đáp ứng: Max.1ms, 20ms
  • Điều chỉnh độ nhạy: biến trở điều chỉnh

Cách điều chỉnh độ nhạy cảm biến như thế nào?

Các loại cảm biến quang tiêu chuẩn trên thị trường lúc bấy giờ sẽ thường có 2 năng lực chỉnh độ nhạy :

  • Điều chỉnh ngưỡng: người sử dụng có thể điều chỉnh mức ngưỡng hay còn gọi là mức ánh sáng đủ để kích hoạt đầu ra. Khi ánh sáng thu được bằng hoặc lớn hơn ngưỡng, sẽ có tín hiệu xuất ra. Trong thực tế, thay đổi ngưỡng sẽ dẫn đến tăng hoặc giảm khoảng cách phát hiện. Việc chỉnh ngưỡng cũng có thể giúp cảm biến nhạy hơn, phát hiện được vật nhỏ hơn hoặc các vật trong mờ. Một vài nhãn hiệu cảm biến quang có một biến trở vặn vít để điều chỉnh ngưỡng. Một số khác còn có nút đặt ngưỡng (teach) để có ngưỡng thích hợp nhất cho từng ứng dụng cụ thể.
  • Công tắc chuyển Light-On / Dark-On: công tắc L-On / D-On thay đổi tình trạng đầu ra cảm biến.

Ưu nhược điểm của cảm biến quang là gì?

Hầu như các thiết bị điện tử nào cũng đều có những ưu và nhược điểm riêng cả, và cảm biến quang cũng là một trong số đó.

Ưu điểm cảm biến quang:

  • Phát hiện vật thể từ khoảng cách xa mà không cần tiếp xúc với vật thể đó, lên tới 100
  • Ít bị hao mòn, tuổi thọ và độ chính xác cao, tính ổn định cao
  • Có thể phát hiện nhiều vật thể khác nhau
  • Thời gian đáp ứng nhanh, có thể điều chỉnh độ nhạy theo ứng dụng.

Nhược điểm cảm biến quang: 

  • Cảm biến sẽ hoạt động không tốt nếu như bề mặt của nó bị bẩn, nhất là sử dụng trong các môi trường có nhiều bụi.
  • Khoảng cách nhận biết vật phụ thuộc nhiều về yếu tố màu sắc và hệ số phản xạ của vật đó.

Các hãng sản xuất cảm biến quang?

Có rất nhiều hãng sản xuất cảm biến quang khác nhau trên thị trường lúc bấy giờ. Mỗi hãng đều có những loại đặc trưng cho riêng mình, đơn cử theo mình tìm hiểu và khám phá được sẽ có những hãng như :

  • Cảm biến quang Sick – Đức
  • Cảm biến quang IFM – Đức
  • Cảm biến quang Schneider – Pháp
  • Cảm biến quang Omron – Nhật Bản
  • Cảm biến quang Panasonic – Nhật Bản
  • Cảm biến quang Keyence – Nhật Bản
  • Cảm biến quang Yamatake – Nhật Bản
  • Cảm biến quang Sunx – Nhật Bản
  • Cảm biến quang Autonics – Hàn

Tóm tắt: 

Trên đây là một số thông tin và kiến thức cơ bản về cảm biến quang là gì? cấu tạo và nguyên lý hóa động của nó. Hy vọng nó sẽ cần thiết cho những bạn đang cần tìm hiểu, vì là kiến thức cá nhân và thu thập được trên trang mạng nên không thể tránh khỏi sai sót, rất mong được sự đóng góp của các bạn để bài viết được hoàn hảo hơn.

Đây là bài viết chia sẻ kiến thức, bên mình không kinh doanh mặt hàng này. Vui lòng không gọi điện, nhắn tin hỏi hàng. Xin cám ơn !


Có thể bạn quan tâm
© Copyright 2008 - 2016 Dịch Vụ Bách khoa Sửa Chữa Chuyên nghiệp.
Alternate Text Gọi ngay